Aufgrund von Lücken im Fossilienbestand hatten Paläontologen bisher Schwierigkeiten, sich ein genaues Bild vom Ausmaß der Artenvielfalt in der Vergangenheit zu machen und deren Veränderung im Laufe der Zeit zu verstehen. Eine Studie unter der Leitung von SIB-Mitglied Rebecca Cooper und Gruppenleiter Daniele Silvestro von der Universität Freiburg zeigt, wie KI ihnen diese Aufgabe erleichtern kann.
Wissenschaftler schätzen, dass es derzeit über 8 Millionen Pflanzen- und Tierarten gibt. Um diese unglaubliche Fülle und Vielfalt zu verstehen, müssen Paläontologen die Prozesse, einschließlich der Massensterben, die die globale Artenvielfalt im Laufe der Zeit beeinflusst haben, so genau wie möglich zurückverfolgen. Dazu greifen die Forscher auf Fossilien zurück, die leider nur einen kleinen und oft unvollständigen Ausschnitt der Arten darstellen, die jemals auf unserem Planeten gelebt haben. Tatsächlich scheint nur ein äußerst geringer Teil der Pflanzen und Tiere, zwischen 0,01 und 0,1 % aller Organismen, jemals Fossilien gebildet zu haben.
KI zur Rettung
Die Doktorandin Rebecca Cooper, SIB-Mitglied und Hauptautorin der Studie, und Professor Daniele Silvestro, Leiter der SIB-Gruppe für Computational Evolutionary Paleobiology, haben zusammen mit Dr. Joseph Flannery-Sutherland von der Universität Birmingham gezeigt, dass es dennoch möglich ist, diese Vielfalt im Laufe der Zeit zu bewerten, selbst wenn die Fossilienfunde lückenhaft sind, indem man sich die Leistungsfähigkeit der künstlichen Intelligenz zunutze macht. Ihre kürzlich in Nature Communications veröffentlichte Studie stellt ein neues Softwareprogramm namens DeepDive vor, das in der Lage ist, die Veränderungen, die sich im Laufe der Zeit auf den Artenreichtum auswirken, zu rekonstruieren. „Am Ende des Perm vor 251 Millionen Jahren führte massive vulkanische Aktivität zum schlimmsten bekannten Massensterben“, erklärte Rebecca Cooper. „Dank DeepDive konnten wir einen starken Rückgang der Vielfalt der Meerestiere feststellen und entdecken, dass es viele Millionen Jahre dauerte, bis sich diese Vielfalt wieder erholte.“ Das DeepDive-Programm ist quelloffen und kann kostenlos genutzt werden.
Eine Revolution für Paläontologen
Dieses neue Programm generiert Hunderttausende synthetischer Datensätze, die den Fossilienbestand imitieren. Aus diesen lernt ein KI-Modell, wie die Anzahl und Lage von Fossilien Aufschluss über das tatsächliche Ausmaß der verborgenen Artenvielfalt geben können. „Seit über 50 Jahren versuchen Paläontologen, die Unsicherheiten und Grenzen der Fossilienfunde mit traditionellen statistischen Methoden zu überwinden“, erklärte Dr. Flannery-Sutherland. „Künstliche Intelligenz bietet nun eine leistungsstarke Möglichkeit, die unzähligen Probleme anzugehen und klar zu verstehen, wie sich die Biodiversität im Laufe der geologischen Zeit verändert hat. DeepDive liefert neue Erkenntnisse, die wirklich spannend sind!“
Bedeutende erste Ergebnisse
Die Autoren verwendeten ihre Software auch, um die Fossilien von Elefanten und ihren ausgestorbenen Verwandten, wie Mammuts und Mastodonten, zu analysieren. Deepdive kam zu dem Ergebnis, dass bis vor kurzem über 35 Arten auf der Erde gelebt hatten, von denen viele schnell ausgestorben sind. „Unsere Studie zeigt, dass diese Biodiversität, deren Entstehung Millionen von Jahren dauert, sehr schnell verloren gehen kann, wie die Hunderte von Artensterben in den letzten Jahrhunderten zeigen“, Bemerkte Professor Silvestro. „Umso wichtiger ist es, dass wir die Unersetzbarkeit der heutigen Artenvielfalt zu schätzen wissen.“ In einer Zeit, in der KI die meisten neuen Technologien – und zunehmend auch unser Leben – durchdringt, drehen sich viele Diskussionen um den Missbrauch und die Gefahren dieser immer leistungsfähigeren Modelle. Dennoch sind viele wissenschaftliche Fortschritte auf KI zurückzuführen, wie diese Studie zeigt. „Dieser Ansatz ermöglicht es uns, die Natur und die Geheimnisse der Evolution des Lebens auf unserem Planeten besser zu verstehen“, schloss Cooper.
Reference(s)
Cooper, R.B., Flannery-Sutherland, J.T. & Silvestro, D. DeepDive: Schätzung globaler Biodiversitätsmuster im Zeitverlauf mithilfe von Deep Learning. Nat Commun 15, 4199 (2024).
Bildnachweis: David Clode – Unsplash – Platypus-Fossil aus dem Cairns Aquarium, Cairns City, Queensland, Australien
